Neue Forschung, veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journalhat die Verteilung der Dunklen Materie in noch nie dagewesenen Details bis hin zu einer Skala von 30.000 Lichtjahren enthüllt. Die beobachteten Verteilungsschwankungen liefern bessere Einschränkungen für die Natur der Dunklen Materie.
Der größte Teil der Materie im Universum besteht aus geheimnisvoller Dunkler Materie. Dunkle Materie ist unsichtbar und macht sich nur durch ihre Gravitationswirkung bemerkbar. Dunkle Materie wurde noch nie in einem Labor isoliert, daher sind Forscher bei ihrer Untersuchung auf „natürliche Experimente“ angewiesen.
Eine Art natürliches Experiment ist eine Gravitationslinse. Manchmal liegen zufällig zwei Objekte in unterschiedlichen Entfernungen im Universum von der Erde aus gesehen auf derselben Sichtlinie. In diesem Fall wirkt die räumliche Krümmung, die durch die Materie um das Vordergrundobjekt verursacht wird, wie eine Linse, die den Lichtweg vom Hintergrundobjekt beugt und ein Linsenbild erzeugt. Es ist jedoch schwierig, in natürlichen Experimenten die hohe Auflösung zu erreichen, um Klumpen dunkler Materie zu erkennen, die weniger massereich als Galaxien sind, sodass die genaue Natur der dunklen Materie nur unzureichend bestimmt werden kann.
Ein Team japanischer Forscher unter der Leitung von Professor Kaiki Taro Inoue von der Kindai-Universität untersuchte mit ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) das als MG J0414+0534 bekannte Gravitationslinsensystem in Richtung des Sternbildes Stier. In diesem System erzeugt das Vordergrundobjekt aufgrund der auf das Licht einwirkenden Gravitationskraft einer massereichen Galaxie nicht ein, sondern vier Bilder des Hintergrundobjekts.
Mit Hilfe des Biegeeffekts und ihrer neuen Datenanalysemethode konnte das Team Schwankungen in der Verteilung der Dunklen Materie entlang der Sichtlinie in höherer Auflösung als je zuvor bis hin zu einer Skala von 30.000 Lichtjahren nachweisen.
Die neuen Einschränkungen, die sich aus der beobachteten Verteilung ergeben, stimmen mit Modellen für sich langsam bewegende oder „kalte“ Teilchen der Dunklen Materie überein.
In Zukunft plant das Team, die Natur der Dunklen Materie durch zusätzliche Beobachtungen weiter einzugrenzen.
Mehr Informationen:
ALMA-Messung von Linsenleistungsspektren im 10-kpc-Maßstab in Richtung des Linsenquasars MG J0414+0534, Das Astrophysikalische Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/aceb5f